心肌纤维化的信号传导机制及中医药治疗探讨

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近年来的研究充分证实，心室重构是心力衰竭发生及发展过程中的重要病理机制，是心力衰竭病人预后不良的主要原因。心室重构主要包括心肌肥厚和心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)两个方面，其中心肌纤维化可引起心脏功能、代谢及传导功能的异常，进而引起心力衰竭，是心力衰竭形成过程中的重要机制，目前已成为治疗心力衰竭的新靶标[1]。

心肌纤维化形成的病理过程涉及心肌组织中胶原纤维过度沉积，胶原纤维浓度及容积分数增加，各型胶原纤维比例失调及排列紊乱，其病理基础为心肌间质含量所占心肌组织比例增加[2]。在心脏细胞中，非心肌细胞约占70%，其中心脏成纤维细胞为主要组成部分。在生理情况下，成纤维细胞合成细胞外基质(包括Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白、层粘连蛋白、纤维连接蛋白等)，可营养心肌、传导信号，维持心脏的结构和功能；在病理情况下(如缺血缺氧、压力超负荷等)则会被激活，过度合成细胞外基质，形成心肌纤维化[3-4]。心肌纤维化为一个渐进性过程，可诱发心肌组织缺血缺氧，甚至心肌组织坏死；增加心室壁硬度，导致心室顺应性减退、同步性下降，同时可降低部分心室壁收缩功能，共同导致心力衰竭。尽管人们认识到心肌纤维化在心力衰竭形成中的重要性，但其具体的生物学机制尚未完全阐明。本文就与心肌纤维化相关的细胞信号传导机制进行综述。

1 促心肌纤维化的信号传导机制

1.1 肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS) 肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活是心肌纤维化形成的重要病理机制。心衰病人心脏收缩功能下降，肾血流量减低，进而激活RAAS；RAAS的激活可使血液和组织中多种物质，包括肾素、血管紧张素Ⅱ(angiotensionⅡ，AngⅡ)、醛固酮(aldosterone，ALD)、内皮素、抗利尿激素及多种细胞因子水平上升，其中AngⅡ和ALD是引起心肌纤维化的主要效应分子，可通过不同的信号通路参与心肌纤维化的形成。

AngⅡ作为一种局部的生长调控因子，主要是通过激活Ⅰ型受体(AT-Ⅰ)，促进心脏成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，大量合成细胞外基质，形成心肌纤维化。研究证实，其中所涉及的信号通路有以下两个：①AngⅡ/MAPK/ERK信号通路，AngⅡ先作用于心肌成纤维细胞表面的AT-Ⅰ，促进G蛋白诱导酪氨酸激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)活化，形成MAPK/Grb2 /SOS复合物；复合物进一步激活细胞外信号调节激酶(extracellular-signalregulated kinases，ERKs)，ERKs激动转录因子，促进心肌纤维化的形成[5]。②AngⅡ/转化生长因子β(TGF-β)/结缔组织生长因子(CTGF)信号通路，AngⅡ结合心肌成纤维细胞表面的AT-Ⅰ，激活胞内还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶，诱导活性氧水平上升，进一步激活TGF-β，TGF-β可诱导成纤维细胞产生大量CTGF，共同促进胶原蛋白合成，形成心肌纤维化。

醛固酮是独立于AngⅡ的心肌纤维化的危险因素，其作用机制目前尚不明确，与血流动力学无相关性，在离体实验中仍可诱导胶原的合成；可能与醛固酮结合胞浆内皮的激素受体，从转录水平上调Ⅰ型和Ⅲ型胶原纤维基因的表达有关。研究证实醛固酮与心脏成纤维细胞表面的受体结合后，所诱发的氧化应激反应可促进心肌纤维化的形成。Somanna等[6]研究显示，醛固酮与受体结合后，使心脏成纤维细胞内活性氧水平上升，激活肿瘤坏死因子-3受体相关因子-2型相关蛋白，通过核因子-κB(NF-κB)抑制蛋白激酶相关激活蛋白-1，使胞内CTGF及基质金属蛋白酶-2(MMP-2)水平上升、Ⅰ型及Ⅲ型胶原蛋白表达增加，促进心肌纤维化的形成。

1.2 转化生长因子β1(TGF-β1)/信号转导蛋白(Smads)信号通路 TGF-β是目前研究较为明确的促心肌纤维化相关因子，由一类结构和功能相关的多肽生长因子组成，具有调控细胞生长和分化、促进细胞增殖等功能。在分型上，TGF-β共有5种异构体，其中以TGF-β1与心肌纤维化的关系最为密切，可诱导心脏成纤维细胞分化、促进细胞外基质合成、抑制细胞外基质降解等。Smads家族为最早被证实的 TGF-β受体底物，可以将 TGF-β信号由细胞膜受体直接转到细胞膜内[7]。

研究证实，TGF-β1主要通过TGF-β1/Smads信号通路促进心肌纤维化形成[1]：心衰时心室壁机械压力增大，心肌组织及血液循环中AngⅡ、内皮素水平上升，进而活化成纤维细胞内TGF-β；TGF-β首先结合于TGF-βⅡ型受体，诱导TGF-βⅠ型受体磷酸化；受体-配体的结合进一步诱导Smads2/3、Smads1/5磷酸化，形成Smads2/3、Smads1/5、Smads4三者复合物，复合物转入细胞核内；在核内，Smad复合物调控目标基因的转录，激活成纤维细胞。同时活化的TGF-β也可直接上调基质金属蛋白酶抑制剂(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMPs)、下调基质金属蛋白酶(MMPs)的水平，促进心肌纤维化的形成。

1.3 氧化应激反应 氧化应激反应主要指细胞内的活性氧(如超氧阴离子、过氧化氢、羟基自由基)与抗氧化机制的失衡。活性氧分子的过度合成主要来源于线粒体内的氧化磷酸化、NADPH氧化酶和黄嘌呤氧化酶活性提高、过氧化物酶体内的脂质氧化等[8]。在心肌纤维化的形成过程中，氧化应激反应起着重要作用。一方面心肌损伤后活性氧的增加可直接激活心肌成纤维细胞，诱导其分化和增殖，促进细胞外基质合成，进而导致心肌纤维化；一方面氧化应激可间接参与到其他细胞因子和生长因子引起心肌纤维化的机制中，如细胞因子、生长因子和AngⅡ对于成纤维细胞功能及细胞外基质代谢的影响均部分依赖于活性氧[9]。

目前研究所证实氧化应激导致心肌纤维化的信号通路为Nox4/Akt/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/NF-κB[10-11]：心力衰竭时机体内的神经-内分泌系统激活，心室的机械压力增高，激活心肌成纤维细胞内的NADPH氧化酶4，上调胞内活性氧水平，进一步激活胞内蛋白激酶B。蛋白激酶B可通过激活下游的mTOR和NF-κB，提高胞内TGF-β和CTGF水平，进而诱导心脏成纤维细胞增殖和分化，形成心肌纤维化。

1.4 免疫炎症反应 炎性因子在心肌纤维化发病中有重要作用[12]，可通过多途径诱导心肌纤维化的发生，其机制较为复杂，目前暂未证实存在明确的信号通路。心力衰竭的发展过程中涉及多种免疫炎症反应，如Th1/Th2 免疫细胞失衡、Th17 /Treg 细胞失衡等，多种免疫炎症分子[肿瘤坏死因子α(TNF-α)、干扰素-γ、白介素、C反应蛋白]参与其中[13]。心力衰竭时，心衰的危险因素(如糖尿病、高血压病、年龄、吸烟等)可导致血管内皮损伤，诱导炎症因子过度合成，进而促进心脏成纤维细胞增殖及胶原合成[14]。

2 抑制心肌纤维化的信号传导机制

在心脏中，心肌细胞内糖蛋白130-酪氨酸激酶-信号转导和转录激活因子3(glycoprotein 130-tyrosine kinases-signal transducer and activator of transcription-3，gp130-JAKs-STAT3)信号通路起保护作用，可通过调节靶基因的转录，抗心肌细胞凋亡、促进血管新生、抑制细胞外基质的过度产生等[15-16]。心力衰竭发展过程中出现的心肌细胞坏死、心肌纤维化等，均与gp130-JAKs-STAT3信号通路的保护功能降低相关。研究证实心肌细胞STAT3基因敲除小鼠在生长过程中会出现明显的心肌纤维化和心肌细胞坏死，逐渐出现心力衰竭[17]；心力衰竭病人，心肌细胞内gp130介导的信号通路表达水平降低，心肌细胞的抗坏死功能下降[18-19]。Hilfiker-Kleiner等[20]研究发现心肌细胞STAT3基因敲除小鼠则可通过旁分泌作用，分泌CTGF、血小板反应蛋白-1(TSP-1)、基质金属蛋白酶抑制剂1(TIMP1)，促进心肌成纤维细胞的增值和分化。

在gp130-JAKs-STAT3信号通路中JAK 蛋白家族属于非受体型酪氨酸蛋白激酶，迄今已发现存在4种亚型(JAK1、JAK2、JAK3、TYK2)，JAK1、JAK2 和 TYK2 广泛存在于各种组织和细胞中，JAK3 则仅存在于骨髓和淋巴系统[21]。STATs蛋白可将信号由胞内转导到细胞核，调节细胞转录。目前研究证实哺乳动物体内STAT存在7种亚型(STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B、STAT6)，在血管内皮细胞、心肌细胞、心脏成纤维细胞中均有表达。7种亚型的STAT均参与心脏的病理及生理过程，其中以STAT3最为重要，在不同的心脏细胞发挥不同的作用。在心肌细胞中，STAT3调节心肌细胞的生长、存活、结构及能量代谢等；在心肌成纤维细胞中，STAT3则调控其增殖和分化，同时可调节细胞外基质的合成[22]。

根据目前研究证实，gp130-JAKs-STAT3信号通路的具体过程为[16，23]：①心力衰竭时，循环及组织中白介素-6(IL-6)、白血病抑制因子(LIF)、促肾上腺皮质激素1(CT-1)水平上升，作用于细胞表面的糖蛋白受体(gp130)，诱导胞浆内酪氨酸激酶蛋白(JAKs)结合与gp130。②JAKs与gp130受体结合后，诱导gp130磷酸化，暴露出STAT3结合位点。③gp130与STAT3结合，进而诱导STAT3磷酸化，形成P-STAT3二聚体。④P-STAT3二聚体被转运到细胞核内激活目标基因。⑤激活靶基因后的P-STAT3被核磷酸酶去磷酸化，经核膜孔转运回胞浆内。⑥一方面，激活后的STAT可连接到细胞因子信号转导抑制因子(cytokine signaling suppressors，SOCS)的启动子，上调SOCS靶基因的转录。SOCS蛋白(主要是SOCS1和SOCS3)表达增多后，可通过结合于JAK或与STAT竞争gp130的结合位点来下调JAK-STAT 信号，形成负反馈。另一反面含Src2个同源区的酪氨酸激酶可以直接通过去磷酸化JAK或STAT蛋白形成负反馈。

3 心肌纤维化信号通路的中医药研究

中医学中无“心肌纤维化”的病名，根据心肌纤维化的临床表现多将其归属于中医学“胸痹”“心悸”“喘证”等范畴。心肌纤维化的中医病机可概括为本虚标实、久病入络。本虚多属气虚、阳虚，标实多属痰浊、血瘀，以益气温阳、活血化痰祛瘀为治疗大法[24]。同时由于导致心肌纤维化的基础疾病种类较多，如冠心病、高血压病、糖尿病、病毒性心肌炎等。根据基础疾病的不同，存在不同的兼夹证候，如病毒性心肌炎多兼夹热毒，糖尿病性心肌病可兼有阴虚等。因此在临床治疗心肌纤维化时，强调“病证结合”，结合心肌纤维化基础疾病的不同，辨证论治[25]。

目前研究发现中药复方或单味药可从不同角度抑制心肌纤维化[26]，但对其具体的抗心肌纤维化的精细机制并未进行深入的探讨。具体而言，目前中医药抗心肌纤维化信号通路的研究主要集中于以下几个方面：①TGF-β1/Smads信号通路，张海啸等[27]使用大蒜素治疗压力超负荷大鼠出现的心肌纤维化发现，大蒜素可抑制心肌纤维化的形成，其机制与部分抑制TGF-β1/Smads信号通路相关。冯俊等[28]则证实丹参酮可下调AngⅡ诱导的心肌成纤维细胞Ⅰ型、Ⅲ型胶原的合成，其机制与TGF-β1/Smads信号通路有关。②RAAS，目前研究证实多种中药可不同程度地抑制心力衰竭大鼠模型循环中AngⅡ、醛固酮水平，抑制心肌纤维化，但对其具体作用的信号通路尚未进行深入的研究。徐基杰等[29]证实鹿红颗粒能显著提高慢性心力衰竭大鼠 ACE2-Ang(1-7) 轴水平、降低 AngⅡ水平，从而抑制心室重构、减轻心肌损伤。③氧化应激和炎症反应，赵淑明等[30]证实葶苈生脉方可下调慢性心衰大鼠循环中炎症因子肿瘤坏死因子α、白介素-6水平，进而抑制心肌纤维化的形成。参附强心胶囊则可显著降低心衰大鼠血浆内皮素和NO水平，抑制心肌纤维化的形成[31]。束长城等[32]证实芪参益气滴丸可升高肾性高血压大鼠循环超氧物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)水平，抑制活性氧的产生，进而抑制心肌纤维化的形成。

4 结 语

心肌纤维化的信号转导机制较为复杂，涉及多种信号转导机制，相互之间存在着一定的联系，通过对信号传导机制的进一步研究，可加深对心肌纤维化的理解，为临床治疗心肌纤维化提供新的靶标。目前对信号传导通路的上游及下游因子的研究相对较少，对上下游因子的研究将有利于明确信号通路串话的调控机制。

中医药治疗心肌纤维化具有“标本同治”的优势，中西医结合治疗将为病人带来更大的收益。研究证实多种中药复方及单味药均可不同程度抑制心肌纤维化，但其对心肌纤维化信号传导机制的研究尚存在不足。进一步加深中药对不同信号传导通路及其相互关系影响的研究，将有利于揭示中医药多途径、多靶点抗心肌纤维化的机制及优势。如何全面分析中医药调控心肌纤维化信号传导机制，将是今后深入研究的方向与目标。

[1] Segura AM，Buja M.Fibrosis and heart failure[J].Heart Fail Rev，2014，19(1)：173-185.

[2] 宋秉春，张金国.心肌纤维化发病机制及治疗进展[J].济宁医学院学报，2015，38(1)：65-67；70.

[3] MacLean J，Pasumarthi KBS.Signaling mechanisms regulating fibroblaet activation，phenocoversion and fibroblast in the heart[J].Indian Journal of Biochemistry & Biophysics，2014，51(1)：476-482.

[4] Lajiness JD，Conway SJ.Origin，development，and differentiation of cardiac fibroblasts.[J].Journal of Molecular & Cellular Cardiology，2014，70(9)：2.

[5] 王禹川，丁燕生，刘梅林.不同因子致心肌纤维化分子学机制[J].医学综述，2012，18(17)：2736-2740.

[6] Somanna NK，Yariswamy M，Garagliano JM，et al.Aldosterone-induced cardiomyocyte growth，and fibroblast migration and proliferation are mediated by TRAF3IP2[J].Cellular Signalling，2015，27(10)：1928.

[7] 陈蓉，谢梅林.TGF-β/Smads信号通路在心肌纤维化发生和治疗中应用前景的研究进展[J].中国药理学通报，2012，28(9)： 1189-1192.

[8] Dzeshka MS，Lip GY，Snezhitskiy V，et al.Cardiac fibrosis in patients with atrial fibrillation：mechanisms and clinical implications[J].Journal of the American College of Cardiology，2015，66(8)：943-959.

[9] Cavalera M，Wang J，Frangogiannis NG.Obesity，metabolic dysfunction，and cardiac fibrosis：pathophysiological pathways，molecular mechanisms，and therapeutic opportunities[J].Translational Research，2014，164(4)：323-335.

[10] Zhao Q D，Viswanadhapalli S，Williams P，et al.NADPH oxidase 4 induces cardiac fibrosis and hypertrophy through activating Akt/mTOR and NFκB signaling pathways[J].Circulation，2015，131(7)：643-655.

[11] Liu XH，Gai YL，Liu F，et al.Trimetazidine inhibits pressure overload-induced cardiac fibrosis through NADPH oxidase-ROS-CTGF pathway[J].Cardiovascular Research，2010，88(1)：150-158.

[12] Lu XL，Zhao P，Zhang ZG.Myocardial fibrosis：a chronic inflammatory process[J].Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research，2007，11(51)：10416-10420.

[13] 杨贵芳，彭文，赵琴.心力衰竭免疫学机制及治疗的研究进展[J].中国循环杂志，2015，30(2)：193-195.

[14] Van Linthout S，Miteva K，Tscho C.Crosstalk between fibroblasts and inflammatory cells[J].Cardiovascular Research，2014，102(1)：258-269.

[15] Shi JJ，Wei L.Regulation of JAK/STAT signalling by SOCS in the myocardium[J].Cardiovascular Research，2012，96(1)：345-347.

[16] Boengler K，Hilfiker-Kleiner D，Drexler H，et al.The myocardial JAK/STAT pathway：from protection to failure[J].Pharmacology & Therapeutics，2008，120(1)：172-185.

[17] Jacoby JJ，Kalinowski A，Liu MG，et al.Cardiomyocyte-restricted knockout of STAT3 results in higher sensitivity to inflammation，cardiac fibrosis，and heart failure with advanced age[J].Proc Natl Acad Sci，2003，100(22)：12929-12934.

[18] Gonzalez A，Ravassa S，Loperena I，et al.Association of depressed cardiac gp130-mediated antiapoptotic pathways with stimulated cardiomyocyte apoptosis in hypertensive patients with heart failure[J].J Hypertens，2007，25(10)：2148-2157.

[19] Peng Y，Zhou B，Wang YY，et al.Association between polymorphisms in the signal transducer and activator of transcription and dilated cardiomyopathy in the Chinese Han population[J].Mol Cell Biochem，2012，360(1)：197-203.

[20] Hilfiker-Kleiner D，Hilfiker A，Fuchs M，et al.Signal transducer and activator of transcription 3 is required for myocardial capillary growth，control of interstitial matrix deposition，and heart protection from ischemic injury[J].Circul Res，2004，95(1)：187-195.

[21] Haghikia A，Ricke-Hoch M，Stapel B，et al.STAT3，a key regulator of cell-to-cell communication in the heart[J].Cardiovascular Research，2014，102(1)：281-289.

[22] 余雄伟，陈争跃，聂振禹，等.JAK / STAT 信号通路与组织器官纤维化的相关性研究进展[J].新医学，2014，45(11)：710-713.

[23] Fischer P，Hilfiker-Kleiner D.Survival pathways in hypertrophy and heart failure：the gp130-STAT3 axis[J].Basic Res Cardiol，2007，102(1)：393-411.

[24] 吴美芳，吕仕超，张军平.心肌纤维化中医诊疗思路探析[J].时珍国医国药，2015，26(3)：677-679.

[25] 吴美芳，吕仕超，李萌，等.中医药干预心肌纤维化的效应与机制[J].中国中西医结合杂志，2014，34(7)：887-891.

[26] 曾宇，张三印.中医药对心肌纤维化的研究进展[J].云南中医中药杂志，2015，36(1)：68-70.

[27] 张海啸，史载祥，贾海忠，等．大蒜素通过部分阻抑TGF-β1介导的Smads信号改善压力超负荷大鼠心肌反应性纤维化[J].中国中西医结合杂志，2012，32(5)：666-670.

[28] 冯俊，李树生，屠恩远．丹参酮ⅡA通过下调CTGF抗血管紧张素Ⅱ诱导的心肌成纤维细胞Ⅰ型、Ⅲ型胶原合成[J]．中国中医急症，2012，21(4)：560-561；573.

[29] 徐基杰，瞿惠燕，戎靖枫，等.鹿红颗粒对心力衰竭大鼠ACE2-Ang(1-7)轴的影响[J].上海中医药大学学报，2015，29(6)：41-44.

[30] 赵淑明，郭秋红，张志良，等．葶苈生脉方对慢性心衰大鼠血清肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6及心肌胶原的影响[J]．时珍国医国药，2010，21(1)：153-154.

[31] 霍根红，李玉贤.参附强心胶囊对充血性心力衰竭大鼠心肌纤维化的影响[J].中医学报，2011，26(3)：322-323.

[32] 束长城，魏万林，张灵，等．芪参益气滴丸对肾性高血压大鼠心肌纤维化及 CTGF表达的影响[J]．军事医学，2012，36(9)：678-682；686.